Повышение стойкости магнезиального пенобетона к воздействию паровоздушной среды

Ячеистые бетоны на основе магнезиального вяжущего, затворенного водным раствором хлорида магния, являются перспективными материалами для возведения жилых и общественных зданий. Это обусловлено высокой стойкостью хлормагнезиальных композиций к воздействию организмов, вызывающих биокоррозию строительных материалов, а также способностью препятствовать распространению микроскопических пор болезнетворных плесневых грибов на их поверхности [1].

Однако существенным фактором, осложняющим применение хлормагнезиальных материалов при производстве ячеистых бетонов, является их высокая гигроскопичность и низкая водостойкость в отсутствии модификаторов [2–5]. Высокая гигроскопичность магнезиального камня в составе ячеистого бетона приводит к повышению уровня сорбционной влажности готовых изделий, что в свою очередь повышает коэффициент теплопроводности композита и снижает эффективность теплоизоляции возводимой на его основе конструкции.

На сегодняшний день известен способ понижения сорбционной влажности хлормагнезиальных газобетонов путем введения железосодержащей добавки, компоненты которой способны вступать в реакцию ионного обмена со структурными компонентами магнезиального камня [6].

Таким образом, при частичном замещении катионов магния образуются новые водостойкие структурные минералы с низкой гигроскопичностью. Однако результаты данного исследования являются актуальными при условии использования в качестве сырья магнезиальных вяжущих с высоким содержанием (>75 % ) оксида магния.

Данное исследование посвящено разработке магнезиальных пенобетонов на основе вяжущих с низким содержанием (~20 %) оксида магния. Использование технической пены в качестве поро-образователя является более эффективным решением при формировании ячеистой структуры искусственного камня, так как способствует снижению количества открытой пористости затвердевшего поризованного композита.

Материалы и методы исследования

В данной работе в качестве вяжущего использовали продукт обжига смеси минералов кальцита, доломита и магнезит при средних температурах в присутствии добавки-интенсификатора, содержащий 20 % активного оксида магния и 80 % карбоната кальция. Вяжущее затворяли водным раствором бишофита плотностью 1,22 г/см3. Для повышения теплотехнических характеристик в тесто вяжущего вводили легкий заполнитель – вспученный перлит. В качестве пенообразователя использовали пеноконцентрат на протеиновой основе.

При проведении эксперимента по снижению гигроскопичности магнезиальных пенобетонов по аналогии с указанным методом было принято решение модифицировать исходный состав пенобетона, заменив никелевым шлаком 20 % от массы используемого вяжущего.

У образцов пенобетонов исходного и модифицированного составов, твердевших в течение 28 суток в воздушно-сухих условиях, определяли фазовый состав методом рентгенографического и дифференциально-термического анализа, а также сорбционную влажность и прочности при сжатии в возрасте 28 суток. Расшифровку результатов исследования фазового состава проводили на основании литературных данных [7, 8].

Исследовательская часть

На рис. 1–4 приведены результаты исследования фазового состава образцов магнезиального пенобетона, модифицированного никелевым шлаком в 1-е и 28-е сутки твердения в естественных условиях.

На рентгенограмме пенобетона исходного состава основной пик соответствует присутствию в пробе карбоната кальция CaCO 3 (d|n = 3,029, 1,044, 1,869, 1,912 Å). Также отмечается наличие основных фаз хлормагнезиального камня, таких как 3MgO·MgCl 2 ·11H 2 O (3ОХ)(d|n = 8,3, 3,88, 2,46 Å), Mg(OH) 2 (d|n = 4,77, 1,79, 2,365 Å) и 5MgO·MgCl 2 ·13H 2 O (5ОХ) (d|n = 7,7, 4,17, 2,39 Å).

По данным рентгенограммы пенобетона, модифицированного никелевым шлаком, в возрасте 28 суток помимо пиков, соответствующих наличию вышеперечисленных соединений, присутствуют отклики, соответствующие соединениям FeOOH (d|n = 4,18, 2,45, 2,69 Å), Fe(OH) 2 (d|n = 2,42, 4,61, 2,82Å),(Mg,Fe)(OH) 2 (d|n = 2,33, 1,728, 1,53, 2,8Å), FeMgCL 4 ·8H 2 O (d|n = 2,819, 4,149, 8,337 Å).

Рис. 1. Дериватограмма пенобетона, полученного на основе хлормагнезиального теста, не модифицированного никелевым шлаком, в 28-е сутки твердения

Рис. 2. Дериватограмма пенобетона, полученного на основе хлормагнезиального теста, модифицированного добавкой никелевого шлака в количестве 20 % от массы вяжущего, в 28-е сутки твердения

Строительные материалы и изделия

Рис. 3. Рентгенограмма пенобетона, полученного на основе хлормагнезиального теста, не модифицированного никелевым шлаком, в 28-е сутки твердения

Рис. 4. Рентгенограмма пенобетона на основе хлормагнезиального теста, модифицированного добавкой никелевого шлака в количестве 20 % от массы вяжущего, в 28-е сутки твердения

О сходном структурном составе можно судить также по характеру кривых потери массы приведенных дериватограмм.

Результаты испытания физико-механических характеристик образцов в возрасте 28 суток приведены в таблице.

Таким образом, можно сделать вывод, о том, что введение железосодержащей добавки в виде никелевого шлака в состав магнезиального пенобетона повышает его прочностные характеристики и значительно снижает сорбционную влажность.

Полученные результаты коррелируются с данными из научных работ по модификации газобетонов на основе высокомагнезиального вяжущего и разработке стойких к воздействию влаги строительных смесей на основе вяжущих с низким содержанием оксида магния [6, 9].

Выводы

По результатам исследования фазовых составов магнезиальных пенобетонов было выявлено, что количественное содержание и присутствие ос-

Сравнение свойств исходного и модифицированного образцов неавтоклавного магнезиального пенобетона

Состав пенобетона Прочность при сжатии, МПа Сорбционная влажность, %, при относительной влажности воздуха Плотность, кг/м3 75 % 97 % Исходный 4,4 15,9 21,7 886 Модифицированный никелевым шлаком 5,1 9,89 15,1 878 новных структурообразующих минералов в исходном и модифицированном железосодержащей добавкой образцах практически совпадает. Также на рентгенограммах образца, содержащего в составе никелевый шлак, наблюдается замещение ионов магния привнесенными ионами железа и формирование самостоятельных железистых соединений.

Физико-механические характеристики модифицированных никелевым шлаком образцов являются улучшенными относительно аналогичных характеристик образцов пенобетона исходного состава. Сорбционная влажность модифицированных образцов соответствует требованиям государственных стандартов, регламентирующих соответствующие характеристики неавтоклавных ячеистых бетонов [10].